Projekt - "Informatyka - inwestycją w przyszłość"

Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Zajęcia wyrównawcze z fizyki
-Zestaw 9 -Teoria
Obwody prądu stałego. Natężenie prądu, opór elektryczny, prawo Ohma, zależność oporu od
temperatury, połączenie szeregowe i równoległe oporników, praca i moc prądu, sprawność ogniwa.
Elementarne zastosowania praw Kirchhoffa.
Prąd elektryczny. Prądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch ładunków. Nośnikami
ładunku elektrycznego, biorącymi udział w przepływie prądu w przewodnikach są swobodne elektrony,
w półprzewodnikach –elektrony i tzw. dziury, a w roztworach –jony dodatnie (kationy) i jony ujemne
(aniony). Przepływ prądu zachodzi pod wpływem różnicy potencjałów, np. pod wpływem różnicy
potencjałów (napięcia) przyłożonej pomiędzy dwoma końcami przewodnika. Pole elektryczne działa
wówczas siłą na ładunki elektryczne, powodując ich uporządkowany ruch w określonym kierunku.
Chaotyczny ruch cieplny elektronów
(strzałki niebieskie) i uporządkowany
ruch elektronów
w polu elektrycznym (strzałki czerwone)
Natężenie prądu. Natężeniem prądu elektrycznego nazywamy ilość ładunku jaka przepływa przez
przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu.
I
Q
t
natężenie średnie
I
dQ
dt
natężenie chwilowe.
Jednostką natężenie prądu w układzie SI jest amper (A); 1A = 1C/s.
Opór elektryczny i prawo Ohma.
Stosunek napięcia przyłożonego do przewodnika do natężenia prądu przepływającego przez ten
przewodnik jest stały i nie zależy ani od napięcia ani od natężenia prądu. [Prawo Ohma]. Wielkość tę
nazywamy oporem elektrycznym. Jednostką oporu elektrycznego jest ohm (Ω); 1Ω= 1V/A.
R
U
I
Opór przewodnika zależy od jego wymiarów a także od rodzaju materiału. Opór R jest
proporcjonalny do długości przewodnika l i odwrotnie proporcjonalny do jego przekroju S,
natomiast ρ oznacza opór właściwy materiału, z jakiego został wykonany przewodnik.
Biuro Projektu: Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego
26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. 48 361 78 50, 48 361 70 81
www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [email protected]
R
l
S
Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Zależność oporu elektrycznego od temperatury.
Zależność oporu elektrycznego od temperatury jest dla większości metali w przybliżeniu liniowa i dla
szerokiego przedziału temperatur prawdziwy jest wzór:
gdzie:
RT – rezystancja [opór] w temperaturze T [Ω],
R0 - rezystancja w temperaturze odniesienia T 0 [Ω],
-1
α - temperaturowy współczynnik rezystancji [K ],
ΔT - zmiana temperatury równa T-T0 [K],
Łączenie oporników. Obliczanie oporu zastępczego.
-łączenie równoległe: napięcia na wszystkich opornikach są takie same, natomiast natężenie prądu I
jest sumą natężeń prądów płynących w poszczególnych opornikach, stąd opór wypadkowy
(zastępczy)
1
1
1
1




R R1 R2 R3
-łączenie szeregowe: natężenie prądu we wszystkich opornikach jest takie samo, a napięcie U jest
sumą napięć na poszczególnych opornikach. Stąd opór wypadkowy:
R  R1  R2  R3  
Praca i moc prądu.
W przypadku, gdy przez opornik przepływa prąd o stałym natężeniu I, a napięcie na oporniku ma
wartość U, praca prądu elektrycznego wyraża się wzorem:
W  UQ  UIt , gdzie Q jest przenoszonym ładunkiem.
Biuro Projektu: Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego
26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. 48 361 78 50, 48 361 70 81
www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [email protected]
Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Wzór na moc prądu elektrycznego:
P  UI
Jednostką pracy prądu elektrycznego jest dżul (J); 1J= 1V·A·s.
Jednostką mocy jest wat (W); 1W= 1J/s = 1V·A.
Gdy napięcie i natężenie nie są stałe, należy zastosować wzory:
W   U (t )I (t )dt ,
P
1
U (t )I (t )dt
T
Sprawność źródła napięcia. Jest to stosunek mocy wydzielającej się na oporze zewnętrznym
(odbiorniku) do mocy całkowitej wydzielającej się w obwodzie. Moc całkowita jest sumą mocy
wydzielającej się na oporze zewnętrznym i mocy wydzielającej się na oporze wewnętrznym źródła.

Pzew
Pzew

Pcał
Pzew  Pwew
Prawa Kirchhoffa.
Pierwsze prawo Kirchhoffa: (Twierdzenie o punkcie rozgałęzienia.) Algebraiczna suma natężeń
prądów przepływających przez punkt rozgałęzienia (węzeł) jest równa zeru.
n
I
i 1
i
0
I prawo Kirchhoffa wynika z zasady zachowania ładunku.
Drugie prawo Kirchhoffa: (Twierdzenie o obwodzie zamkniętym.) Algebraiczna suma sił
elektromotorycznych i przyrostów napięć na opornikach w dowolnym obwodzie zamkniętym jest równa
zeru (spadek napięcia uwzględniamy jako ujemny przyrost napięcia)
n
m
i 1
i 1
  i   I i Ri  0
II prawo Kirchhoffa wynika z zasady zachowania energii.
Biuro Projektu: Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego
26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. 48 361 78 50, 48 361 70 81
www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [email protected]